Esploristoj ĉe la Nacia Nacia Laboratorio de Argonne de la Usona Departemento pri Energio havas longan historion de pioniraj malkovroj en la kampo de litio-jonoj. Multaj el ĉi tiuj rezultoj estas por la bateria katodo, nomata NMC, nikelo -mangano kaj kobalt -rusto. Baterio kun ĉi tiu katodo nun funkciigas la Chevrolet -riglilon.
Esploristoj de Argonne atingis alian progreson en NMC -katodoj. La nova eta eta katoda partikla strukturo de la teamo povus fari la kuirilaron pli daŭra kaj pli sekura, kapabla funkcii ĉe tre altaj tensioj kaj provizi pli longajn vojaĝojn.
"Ni nun havas gvidadon, ke fabrikantoj de baterioj povas uzi por fari altpremajn, senlimajn katodajn materialojn," Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"Ekzistantaj NMC -katodoj prezentas gravan obstaklon por alta tensia laboro," diris Asistanta Kemiisto Guiliang Xu. Kun biciklado de ŝarĝo-malŝarĝo, rendimento falas rapide pro la formado de fendoj en la katodaj eroj. Dum jardekoj, bateriaj esploristoj serĉis manierojn ripari ĉi tiujn fendojn.
Unu metodo en la pasinteco uzis etajn sferajn erojn kunmetitajn de multaj multe pli malgrandaj eroj. Grandaj sferaj eroj estas polikristalaj, kun kristalaj domajnoj de diversaj orientiĝoj. Rezulte ili havas tion, kion sciencistoj nomas grenaj limoj inter eroj, kio povas kaŭzi la kuirilaron kraki dum ciklo. Por malebligi tion, la kolegoj de Xu kaj Argonne antaŭe disvolvis protektan polimeron kovrantan ĉirkaŭ ĉiu ero. Ĉi tiu tegaĵo ĉirkaŭas grandajn sferajn erojn kaj pli malgrandajn erojn ene de ili.
Alia maniero eviti ĉi tiun specon de fendado estas uzi unuopajn kristalajn erojn. Elektronika mikroskopio de ĉi tiuj eroj montris, ke ili ne havas limojn.
La problemo por la teamo estis, ke katodoj faritaj el tegitaj polikristaloj kaj unuopaj kristaloj ankoraŭ fendis dum biciklado. Tial ili faris vastan analizon de ĉi tiuj katodaj materialoj ĉe la Altnivela Fotona Fonto (APS) kaj Centro por Nanomaterialoj (CNM) ĉe la Argonne Scienca Centro de la Usona Departemento de Energio.
Diversaj radiografiaj analizoj estis faritaj sur kvin APS-brakoj (11-bm, 20-bm, 2-ID-D, 11-ID-C kaj 34-ID-E). Rezultas, ke tio, kion sciencistoj opiniis, ke unu kristalo, kiel montras elektrono kaj radiografia mikroskopio, efektive havis limon interne. Skanado kaj transdona elektronika mikroskopio de CNM -oj konfirmis ĉi tiun konkludon.
"Kiam ni rigardis la surfacan morfologion de ĉi tiuj eroj, ili aspektis kiel unuopaj kristaloj," diris fizikisto Wenjun Liu. Â� <"但是 ， 当我们在 aps 使用一种称为同步加速器 x 射线衍射显微镜的技术和其他技术时 ， 我们发现边界隐藏在内部。" Â� <"但是 ， 当 在 在 使用 使用 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 技术 和 其他 时 ， 我们 发现 边界 隐藏 在。""Tamen, kiam ni uzis teknikon nomatan mikroskopio de difraktado de X-radioj kaj aliaj teknikoj ĉe APS, ni trovis, ke la limoj estis kaŝitaj interne."
Grave, la teamo disvolvis metodon por produkti unuopajn kristalojn sen limoj. Testado de malgrandaj ĉeloj kun ĉi tiu unu-kristala katodo ĉe tre altaj tensioj montris 25% pliigon de energia stokado per unuo-volumo kun preskaŭ neniu perdo en rendimento pli ol 100 testaj cikloj. En kontrasto, NMC-katodoj kunmetitaj de plur-interfacaj unuopaj kristaloj aŭ tegitaj polikristaloj montris kapacitan falon de 60% ĝis 88% dum la sama vivdaŭro.
Atomaj skalaj kalkuloj malkaŝas la mekanismon de redukto de katodaj kapacitoj. Laŭ Maria Chang, nanosciencisto ĉe CNM, limoj pli emas perdi oksigenajn atomojn kiam la kuirilaro estas ŝargita ol areoj pli for de ili. Ĉi tiu perdo de oksigeno kondukas al degenero de la ĉela ciklo.
"Niaj kalkuloj montras kiel la limo povas konduki al oksigeno liberigita ĉe alta premo, kio povas konduki al reduktita agado," Chan diris.
Forigi la limon malhelpas oksigenan evoluon, tiel plibonigante la sekurecon kaj ciklan stabilecon de la katodo. Mezuroj pri oksigena evoluo kun APS kaj altnivela lumfonto ĉe la Nacia Laboratorio de Lawrence Berkeley de la Usona Departemento pri Energio konfirmas ĉi tiun konkludon.
"Nun ni havas gvidliniojn, kiujn fabrikantoj de baterioj povas uzi por fabriki katodajn materialojn, kiuj ne havas limojn kaj funkcias ĉe alta premo," diris Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus. Â� <"该指南应适用于 nmc 以外的其他正极材料。" Â� <"该指南应适用于 nmc 以外的其他正极材料。""Gvidlinioj devas apliki al katodaj materialoj krom NMC."
Artikolo pri ĉi tiu studo aperis en la revuo Nature Energy. Krom Xu, Amin, Liu kaj Chang, la Argonne -aŭtoroj estas Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing, Deng, en Hunj, Inhen, Inhen, Inhen, Tanj, Tanjn, Inhen, enhen, enhen, enhen, inhu, tanj, inhu, tanj, inhu, tanj, inhu, tang, tang, tang, inhu, tanj, inhu, tanj, wen. Zonghai Chen. Sciencistoj de la Nacia Laboratorio Lawrence Berkeley (Wanli Yang, Qingtian Li, kaj Zengqing Zhuo), Xiamen University (Jing-Jing-adoranto, Ling Huang kaj Shi-Gang Sun) kaj Universitato Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng kaj Mingaang).
Pri la Argona Centro por Nanomaterialoj La Centro por Nanomaterialoj, unu el la kvin Usonaj Sekcioj pri Energio -Nanoteknologiaj Esplorcentroj, estas la unua Nacia Uzanto -Institucio por Interdisciplina Nanoskala Esploro subtenata de la Oficejo pri Scienco de la Usona Departemento pri Energio. Kune, NSRC-oj formas aron da komplementaj instalaĵoj, kiuj provizas al esploristoj ŝtatajn kapablojn por fabrikado, prilaborado, karakterizado kaj modeligado de nanoskalaj materialoj kaj reprezentas la plej grandan infrastruktan investon sub la Nacia Nanoteknologia Iniciato. La NSRC situas ĉe la Nacia Laboratorioj de la Usona Departemento pri Energio en Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, kaj Los Alamos. Por pliaj informoj pri la NSRC-DOE, vizitu https: // science .oSti .gov/us er-f a c i lit ie s/us er-f a c i l it ie ie s-at -a ekrigardo.
La Altnivela Fotona Fonto (APS) de la Usona Departemento pri Energio ĉe Argonne Nacia Laboratorio estas unu el la plej produktivaj X-radiaj fontoj en la mondo. APS provizas alt-intensajn X-radiojn al diversa esplora komunumo en materiala scienco, kemio, kondensita materio fiziko, vivo kaj mediaj sciencoj kaj aplikata esplorado. Ĉi tiuj X-radioj estas idealaj por studado de materialoj kaj biologiaj strukturoj, la distribuo de elementoj, kemiaj, magnetaj kaj elektronikaj statoj, kaj teknike gravaj inĝenieristikaj sistemoj de ĉiuj specoj, de kuirilaroj ĝis nutri injektilojn, kiuj estas esencaj por nia nacia ekonomio, teknologio. kaj korpa bazo de sano. Ĉiujare, pli ol 5.000 esploristoj uzas AP-ojn por eldoni pli ol 2.000 publikaĵojn detaligantajn gravajn malkovrojn kaj solvante pli gravajn biologiajn proteinajn strukturojn ol uzantoj de iu ajn alia radiografia esplora centro. APS -sciencistoj kaj inĝenieroj efektivigas novigajn teknologiojn, kiuj estas la bazo por plibonigi la agadon de akceliloj kaj lumfontoj. Ĉi tio inkluzivas enigajn aparatojn, kiuj produktas ekstreme brilajn X-radiojn aprezitajn de esploristoj, lensojn, kiuj fokusas X-radiojn ĝis kelkaj nanometroj, instrumentoj, kiuj maksimumigas la manieron kiel X-radioj interagas kun la specimeno en studo, kaj la kolekto kaj administrado de APS-malkovroj esploroj generas grandegajn datumajn volumojn.
Ĉi tiu studo utiligis rimedojn de Altnivela Fotona Fonto, Usona Departemento pri Energio-Oficejo de Scienca Uzanto-Centro funkciigita de Argonne Nacia Laboratorio por la Usona Departemento pri Energio-Oficejo de Scienco sub kontrakta numero DE-AC02-06CH11357.
La Argonne Nacia Laboratorio strebas solvi la premajn problemojn de hejma scienco kaj teknologio. Kiel la unua nacia laboratorio en Usono, Argonne faras plej avantaĝan bazan kaj aplikatan esploradon en preskaŭ ĉiu scienca disciplino. Esploristoj de Argonne laboras proksime kun esploristoj el centoj da kompanioj, universitatoj, kaj federaciaj, ŝtataj kaj urbaj agentejoj por helpi ilin solvi specifajn problemojn, antaŭenigi usonan sciencan gvidadon kaj prepari la nacion por pli bona estonteco. Argonne dungas dungitojn el pli ol 60 landoj kaj estas operaciita de Uchicago Argonne, LLC de la Oficejo pri Scienca Oficejo de Usona Departemento pri Energio.
La Oficejo pri Scienco de la Usona Departemento pri Energio estas la plej granda proponanto de baza esplorado de la nacio en la fizikaj sciencoj, laborante por trakti iujn el la plej premaj aferoj de nia tempo. Por pliaj informoj, vizitu https: // Energy .gov/Science Ience.